泡沫轻质土在软土地基高速公路中的应用研究

泡沫轻质土在软土地基高速公路中的应用研究

周 丽

（江苏金堰交通工程有限公司， 江苏 泰州 225500）

中图分类号：U45 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2018）10-0052-02

摘要：在软土地基高速公路路段中最为常见的病害为桥头跳车，这一病害会大大影响行车的安全及驾驶舒适性。为此，相关部门需要采取有效措施对这一病害加以预防，通过在软基路段台背部应用泡沫轻质土对路基进行填筑，取代以往的搅拌桩处理软土地基方式，可在一定程度上缩短工期，减少工程造价，并大大减少了地基的总沉降量、施工后的沉降量。相关实践证明，泡沫轻质土路基可在极大程度上避免路桥过渡段出现较大的沉降问题。

关键词：泡沫轻质土；软土地基；高速公路；应用

0 前言

泡沫轻质土是从国外引进的一种轻质混凝土新型填土环保材料，这种材料的内部存在大量的封闭气孔，这种材料在国外已有几十年的应用研究历史，而在我国的应用时间仍比较短，在2002 年我国才从日本引进泡沫轻质土技术，且对这项技术进行研发。泡沫轻质土的优点为可调节强度和轻质、较好的流动性、施工简便、较好的耐久隔热性、良好的固化自立性能等，这种材料在高速公路工程中得到广泛应用，主要应用于：软土地基处理、寒区冻土路基处理、路基加宽及桥背回填等，可减少工程造价及后期维护，将高速公路的社会效益进行提升，促进我国基础设施的建设。

1 简述泡沫轻质土

（一）制备

泡沫轻质土属于一种新型轻质建筑材料，其主要借助发泡机把发泡剂水溶液制备成泡沫，再依据相应的比例对水泥无机胶凝材料、外加剂、集料、水等进行混合搅拌，使之形成的水泥混合物，然后对这一混合物进行浇模——成型——养护，最终产生一种轻质多孔的材料，其主要特性为：能够调整轻质、密度及强度；便于施工性；具有环保性，将其应用到高速公路施工中，取代了以往的填土方式，缩短了工期，在极大程度上减少软土路基沉降[1]

。 （二）特性

主要包括以下三点：（1）轻质性且能够调节强度：因泡沫轻质土的内部存在大量的微小泡沫，所以这类材料的密度比较小，其密度等级为300-1800kg/m3，然而其具有较强的强度，且可以调节强度，这类材料的强度是300-1500kN/m2，能够满足高速公路工程在路基等级方面的需求；同时，可通过对泡沫轻质土多种成分的多少进行调节，从而对强度的大小进行控制，这就使得这类材料在软土路基的填筑中得到普遍应用，能够在极大程度上降低基底应力，尽可能的避免施工后发生变形情况，对施工后的沉降加以有效控制；（2）具有较好的流动性，有利于施工工作的开展，气泡混合轻质土存在较好的流动性，能够借助管道泵送，泵送高度可高达30米，传输距离可到达500米，所以这类材料能够让施工更加便捷，在极大程度上缩短工期；具体呈现在：一般填筑材料需对施工便道进行修筑，但泡沫轻质土可比较容易的制备，并利用管道泵送，不需要修或是少修便道，一般的路基填筑往往需要5个月左右才可以结束，但泡沫轻质土可节约较多的时间；一般填料是一项隐蔽工程，无法确保施工质量，泡沫轻质土并不是一项隐蔽工程，可有效控制施工质量，具有较高的安全性；（3）具有较好的耐久隔热性，且固化后具有较好的自立性，因为泡沫轻质土也是一种水泥类材料，所以这类材料也具有同水泥材料一样的耐久性；加上这类材料存在诸多微小气泡，所以这类材料拥有较好隔温性能、隔音性能；同时，泡沫轻质土将水泥作为固化剂，往往浇筑一定时间后，即可固化，待其固化后会具备较强的自立性，并不会对支挡结构物产生挤压力，能够加以垂直填筑，缩小施工作业范围，大大减少一些不必要的拆迁占地。

2 在软土地基高速公路中泡沫轻质土的应用

在软土地基上高速公路路基的建设中，其中最为关键的问题是地基的稳定和沉降，对于这一问题的处理，具体措施有：（1）排水固结法，通过将施工中软土地基的固结度进行提升，从而将地基施工后沉降量加以减少；（2）复合地基处理

方案，可对地基的总沉降量加以减少，并将地基施工后沉降量加以减少；（3）高强轻质材料填筑，将路基的自重进行减轻，通过将地基的附加压力进行减轻，从而将地基的总沉降量、施工后的沉降量进行减少。本文阐述的软土地基高速公路的建设，建设中应用最为普遍的轻质填料包括：聚苯乙烯、泡沫轻质土，对于聚苯乙烯的应用，需要厂房预制，再从厂房中运输到高速公路施工现场中，然后加以安装，这类填料的单价比较高；泡沫轻质土主要是通过机械设备对固化剂、水、发泡剂及外掺料进行充分混合搅拌，待完成搅拌后，使之凝固成型，即可获得新型多气泡轻质材料，建设企业可在施工现场就可对这一填料进行制备，其用药高流动性、固化比较容易、较轻的质量、较高的强度、较好的自立稳定性等优势，其还具有较好的耐久性，施工人员能够比较容易的使用这种填料，后期不需要进行特殊的养护处理，可将因填料重量而造成的沉降量加以极大程度的降低[2]。 （一）工程概况

本工程位于江苏省地处中国大陆沿海中部和长江、淮河下游某一高速公路，施工现场的地勘结果为：本工程的桥台路段土层包括：淤泥、粉土、细砂、淤泥质粘土等，本工程的路基填高平均是6.2米，表层分布的淤泥质粉质粘土是1.4米，其空隙比是1:3，压缩系数是0.55MPa-1，含水量是44.50%，通过快剪试验后发现其内膜擦角是φ=7.6°，粘聚力是37.8kPa，在淤泥质粉质粘土下方分布的淤泥有1.8米，含水量是73%，孔隙比是2.2，压缩系数是2.24MPa-1；淤泥下方分布的淤泥质粉质粘土有15米，含水量为30%-36%，压缩系数是03-0.5MPa-1，孔隙比大约为0.9,通过快剪试验后发现其内膜擦角是φ=3.8°-12.9°，粘聚力是7-24kPa，在软土下方分布有粉细砂层。 （二）合理选择软土地基处理计划

对于本工程的设计，原本的设计主要通过搅拌桩来处理本工程的软土地基，所使用的搅拌桩的间距是1.3至1.5米，处理长度是17米，以下对搅拌桩与轻质泡沫土方案的技术经济加以分析，从而可知，相较于搅拌桩设计方案，泡沫轻质土处理更优[3]，具体如表1所示。

表1 分析搅拌桩与泡沫轻质土方案的技术经济

搅拌桩+填土 泡沫轻质土 备注 处理费用（万元）

416.57 296.39

节约费用120.18

搅拌桩施工与检测

需要4个月；常规填泡沫轻质土路基需

工期（月）

土路基施工预压需要2个月；路面施工要6个月；路面施工需要2个月，总工期节约工期为8个月

需要2个月，总工期

为4个月

为12个月

施工后的沉降量（厘

米）

8.5

6.9

可借助降低荷载来对沉降进行控制；施

长处

处理手段更加成熟，工简单方便；工期比施工比较简便

较短，扰动性比较 小；减少征地的使用，无需外购取土

Roads and Bridges 道路桥梁 53

施工工序复杂，到龄期后方可检测，施工时间比较长；工程造价较高，较高的含水对施工人员的专业能力有

不足之处

量，得不到理想的效果，无较高的要求；对设备有着较法控制施工质量，且无法避免桥头跳车情况；需外购大

量的土地

（三）泡沫轻质土路基的设计

在软土地基高速公路的建设中，对于泡沫轻质土路基的设计，应做到以下几点：泡沫标准密度是50kg/m，发泡倍率应在1200以下，消泡试验泡沫轻质土湿密度的增加率应在10%以下，表2为泡沫轻质土路基主要技术指标。结合实际计算，本工程的泡沫轻质土路基的设计图，如图1所示。

表2 泡沫轻质土路基主要技术指标 浇注位置 路堤 路床

施工湿密度Rfw/（ｋ离路面结构底面距抗压强度（qc/MPa） ｇ·ｍ-3） 离（m）

≥0.8 ≥1.0

≤600 ≤650

＞0.8 0-0.8

3

一定情况下，需在极大程度上确保浇筑口处于水平状态，确保浇筑管出料后与浇筑面之间的距离低于1.5米。

再其次，施工单位应合理的铺设土工膜与金属网，在金属网铺设过程中，施工单位需选择U形钉加以锚固，横向锚固的间距为1.0米，纵向锚固间距为2米，并重叠搭接金属网平面位置，确保搭接宽度在2.5厘米以上，搭接位置应选择塑料扎口进行绑扎，选择U形钉加以锚固；在金属网上方应铺设轻质土路基顶部防渗土，在铺设过程中选择热焊手段进行搭接，将搭接宽度控制在5厘米，并做到展平拉紧，杜绝局部卷起情况，在一定情况下应选择U形钉加以锚固。

最后，养护和维护，具体内容为：（1）轻质土浇筑区顶面浇筑到设计高程后，必须选择塑料薄膜加以表面覆盖，做好轻质土路基的保湿养护工作，也可选择无纺土工布覆盖，同时采用洒水的手段，从而做好软土地基高速公路路基的养护工作，确保养护时间在1个星期以上；（2）软土地基顶部路面施工之前，施工单位不允许在路面上使用机械设备，若局部地段必须使用机械设备，应在相应位置对厚度超过50厘米的临时保护层或是在上方覆盖钢板进行铺设，从而形成临时的便道，以便机械设备开展相应的施工工作，确保整个工程的施工质量；（3）对于顶部路面的施工，应在轻质土同条件养护强度满足0.6MPa时，才能够进行施工；且在施工过程中，不允许大型机械（推土机、压路机等）在轻质土顶面直接行使；对于碾压与摊铺，应通过边卸料、边推平及边碾压的前进方式开展，也就是压路机与卸料车需在推平机械的后方行走与卸料。

高的要求

3 现场检验与处理效果

待完成施工工作后，施工单位应现场取样现浇轻质泡沫土，将试样做成10厘米×10厘米×10厘米的试块。经检验后发现，轻质泡沫土成形较为均匀，且试块的28天强度为1.0到1.4MPa，完全符合设计的相关标准及规范要求，且行车平稳且舒适。

4 结束语

在软土地基高速公路中泡沫轻质土的具体应用，施工单位应注意以下几点：

（四）泡沫轻质土的具体施工步骤

首先，合理的设置变形缝、浇筑层及浇注区域，在轻质土浇注前，施工单位应结合本工程的边界条件与地质条件，合理的划分浇注区域与浇注层，具体包括以下几点：（1）对于单个浇注区的施工，应确保其长轴方向长度在10-20米之间，顶面面积必须小于等于400平方米；（2）在泡沫轻质土纵向每10至20米对一道沉降缝进行设置，沉降缝使用厚度在2厘米以下的夹板；（3）对于泡沫轻质土单层浇筑厚度，应将其控制在0.3-1.0米之间；（4）对于浇筑工作，施工人员应确保一次性完成一个浇筑区，严重控制浇筑施工时间，必须在水泥浆终凝时间之内。

其次，在轻质泡沫土正式施工前，施工单位应做到以下几点：（1）在浇筑前，应对混凝土保护面板进行提前预制，在浇筑面板基础过程中，需对混凝土保护面板连接角钢进行预埋，结合浇筑层厚度来安装混凝土保护面板；（2）在浇筑前，应将浇筑区作为单位，相关人员应严格检查基底，保证基底没有积水及杂物，及基底高程符合相关设计标准；（3）对于泡沫轻质土的现场制备，施工单位应选择压缩空气与发泡剂水溶液混合的预发泡装置作为这一材料的制备装置，不允许使用搅拌发泡生成泡沫；（4）施工单位必须选择适宜工程需要的泡沫轻质土专用施工设备，这一设备应具备压缩空气、发泡剂水溶液、发泡剂的调节与流量计量装置，这样才能够保证发泡剂泡沫密度与稀释倍率符合相关标准，且能够对泡沫流量进行调节，从而对泡沫轻质土的湿密度进行有效控制，使之符合相关标准；同时，在浇筑过程中，应在一定程度上将浇筑管出料口放置到房钱浇筑面下方，在

（1）在软土地基路段高速公路的建设中，软土路基往往会发生工后沉降问题，要能够处理这一问题，施工单位必须对保证软土地基路段的覆土荷重应在结构可承受的范围内，当超过范围后，必须减荷；在软基路段设计中选择泡沫轻质土加以换填，有利于更加简单方便再次加固软土路基结构，并将填料对地基的沉降量与压力进行减少，减少施工周期，降低施工成本；（2）由于泡沫轻质土性能极易受到环境的影响，地下水与地表水的渗入极易导致该材料的性能降低，破坏整个结构的稳定性，基于此，施工单位应重视这一材料本身的防水、隔水与附近环境的疏排水措施；（3）将泡沫轻质土应用到特殊复杂环境中时，施工单位应重视自重的减少，采取有效措施来将路基的抗滑稳定性进行提升，尽可能的减少施工高难度问题的发生，避免占用大量土地资源及稳定性被破坏的问题发生。综上所述，在高速公路建设中应用泡沫轻质土工艺，可获得较大的经济效益，且这一工艺具有十分广阔的应用前景。

参考文献

[1]杜鑫.谈泡沫轻质土在高速公路工程中的应用[J].科技风,2018(16):90. [2]刘志岳,郭灿.泡沫轻质土在珠三角地区软基处理中的应用[J].广东公路交通,2018,44(02):45-49.

[3]罗勇,何佳.泡沫轻质土在高速公路软土地基处理中的数值分析研究[J].交通科技,2017(03):8-9+13.

作者简介：周丽（1983.9- ），工程师，江苏金堰交通工程有限公司，毕业院校：江苏大学，工作年限：14年，研究方向：交通工程。